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1、 第九章早古生代地层及其地史特征第一节第一节 早古生代的生物界早古生代的生物界第二节第二节 中国的下古生界中国的下古生界第三节第三节 早古生代的古构造早古生代的古构造早古生代时限为距今543Ma410Ma，延续时间为133Ma ,划分如下：晚古生代（Pz2）（Late Paleozoic）早古生代志留纪（S）（Silurian）奥陶纪（O）（Ordorician）寒武纪（C）（Cambrian）新元古代（Pt3）（Neoproterozoic）（Pz1）410Ma438Ma490Ma543Ma Early PaleozoicPridoliLudlowWenlockLiandovery早古生代寒
2、武纪过去也一直三分，但近年来多数人主张四分；奥陶纪三分，分为早、中、晚三个世。志留纪中国也为三分但国际上一直分为四个世，所以目前我国也提出四分的方案。自早古生代开始，地球进入一个崭新的发展阶段，首先生物界大发展，完成了从简单的带壳后生动物（小壳动物群）到原始的脊椎动物出现，以及原始的高等植物裸蕨类的出现，开始了植物的登陆过程。并产生了生物相的分异，出现了具生物骨架的礁体。从大地构造演化的角度为加里东构造阶段。当时的海陆分布情况是：南方为一个联合的古陆（冈瓦纳大陆），北方为几个独立的较小古陆，早古生代末期古大西洋闭合劳俄古陆形成，在中国古祁连洋闭合（祁连运动）使得柴达木地块与华北板块对接，扩大了
3、华北板块的范围。扬子板块与华夏板块间的岛弧海褶皱升起（广西运动）形成广泛的加里东褶皱带。 早古生代的沉积类型复杂多样华北地区早寒武世含膏盐、食盐假晶的紫红色泥质、钙泥质岩广泛分布。西伯利亚板块、俄罗斯板块奥陶纪红色沉积及含膏盐沉积等代表了干旱、炎热的氧化条件。奥陶纪晚期以北非为中心广泛分布于冈瓦纳大陆西部的大陆冰盖沉积，说明南方大陆处于南纬高纬度区。第一第一节节 早古生代的生物界早古生代的生物界（一）（一）海生无脊椎海生无脊椎动动物的繁盛物的繁盛时时期期：以三叶虫、笔石、头足类、腕足类、珊瑚、牙形石最为重要。原始的脊椎动物无颌类Astraspis(星甲鱼)出现（发现于北美落基山地区的奥陶纪地层
4、中，但零星的碎片在寒武纪已有报到）。在志留纪时已演化出适应半淡水生活的Climatius（栅鱼），是脊椎动物演化史中的重大事件。最近的报导在我国云南的澄江动物群中（早寒武世早中期）发现有鱼类（海口鱼）。在晚志留世原始的陆生植物裸蕨类开始出现，并产生了生物相的分异。早古生代主要的生物门类有：1、小壳动物群和澄江动物群；2、三叶虫、3、笔石、4、腕足类、5、头足类、6、珊瑚、7、牙形石。 小壳动物群：指震旦纪末开始出现，寒武纪初期大量繁盛，个体微小，具有外壳的多门类海生无脊椎动物群。简称小壳动物群（Small Shelly Fossils）。 1早期:小壳动物群，含多门类海生无脊椎动物，个体微小，
5、一般12mm，由软舌螺，小型腹足类、腕足、单瓣类等组成的多门类带壳动物组合的总称小壳动物群。如：阿纳巴管（Anabarites）（1） 始旋螺（Archaeospira）（3） 澄江动物群：80年代在我国云南澄江及晋宁地区寒武系近底部（古莱德利基虫Eoredlichia带）发现的一个无壳和具壳化石混生的动物群。包括最原始的脊椎动物在内的许多生物门类的原始类型。是生命大爆发的主要证据，是我国古生物学领域的重大发现。寒武纪生物复原图寒武纪生物复原图澄江动物群澄江动物群三叶虫三叶虫 三叶虫三叶虫是寒武系数量最多，最重要的是寒武系数量最多，最重要的标准化石标准化石。 （1）早寒武世的三叶虫以）早寒武世
6、的三叶虫以莱得利基虫目莱得利基虫目为主，以为主，以头大、眼叶大、尾小、胸节多为特征。头大、眼叶大、尾小、胸节多为特征。 （2）中、晚寒武世三叶虫以）中、晚寒武世三叶虫以褶颊虫目褶颊虫目最为重最为重 要；要；球接子类球接子类三叶虫是洲际地层对比重要标志。三叶虫是洲际地层对比重要标志。 （3）奥陶纪三叶虫以）奥陶纪三叶虫以栉虫亚目等栉虫亚目等最为重要。最为重要。 （4）志留纪）志留纪三叶虫三叶虫衰退，仅衰退，仅镜眼虫目镜眼虫目较重要。较重要。莱得利基虫目莱得利基虫目(Redlichiida)，头甲大，半圆形，常具，头甲大，半圆形，常具颊刺。面线为后颊式或愈合不显。头鞍分节明显。眼颊刺。面线为后颊式
7、或愈合不显。头鞍分节明显。眼叶长而弯曲，作新月形。胸节多。尾甲小或发育不全。叶长而弯曲，作新月形。胸节多。尾甲小或发育不全。早寒武世早寒武世至中寒武世。至中寒武世。 Coronocephalus （王冠虫）头鞍前宽后窄头鞍前宽后窄，成棒状，后，成棒状，后面狭窄部分被面狭窄部分被3 3条深而宽的横条深而宽的横沟穿过。沟穿过。前颊类面线，活动颊边缘上前颊类面线，活动颊边缘上有有9 9个齿状瘤个齿状瘤，头甲具，头甲具粗瘤粗瘤。尾甲长三角形。中轴窄，平尾甲长三角形。中轴窄，平凸，向后逐渐变窄，分为凸，向后逐渐变窄，分为35354545节节。肋部分节较少肋部分节较少，由，由14141515个个简单的无沟
8、的肋节组成。背简单的无沟的肋节组成。背沟与间沟窄而深。我国南方。沟与间沟窄而深。我国南方。中志留世中志留世。 笔笔 石石 笔石是奥陶、志留系世界性对比最重要标准化石。笔石是奥陶、志留系世界性对比最重要标准化石。 （1）早奥陶世初期（）早奥陶世初期（Tremadocian期）以大量底栖的期）以大量底栖的树形笔石类树形笔石类为特点；为特点； （2）早奥陶世中后期）早奥陶世中后期正笔石类正笔石类无轴亚目大量发展；无轴亚目大量发展； （3）中、晚奥陶世是）中、晚奥陶世是正笔石类正笔石类的鼎盛时期，如叉的鼎盛时期，如叉笔石动物群和有轴亚目的双笔石动物群；笔石动物群和有轴亚目的双笔石动物群； （4）志留纪
9、的笔石主要是）志留纪的笔石主要是双笔石类双笔石类和和单笔石类单笔石类，尤其是单笔石动物群，成为国际志留系划分和对比的尤其是单笔石动物群，成为国际志留系划分和对比的主要依据。主要依据。奥陶-杆笔石腕足类腕足类 （1）寒武纪腕足类以）寒武纪腕足类以无铰纲无铰纲为主为主 （2）奥陶（）奥陶（类群增多类群增多）、志留纪（）、志留纪（内部构造复杂内部构造复杂化化）有铰纲有铰纲大量发展，皆具有坚硬的大量发展，皆具有坚硬的钙质钙质外壳。外壳。头足类头足类 早古生代的头足类为具早古生代的头足类为具简单缝合线简单缝合线（鹦鹉螺式）（鹦鹉螺式）的鹦鹉螺类，一般为直壳，在介壳相化石中也的鹦鹉螺类，一般为直壳，在介壳
10、相化石中也很重要。很重要。珊瑚珊瑚 （1）寒武、奥陶纪是珊瑚的发生期，种类）寒武、奥陶纪是珊瑚的发生期，种类和数量都较少，为原始的和数量都较少，为原始的单带型单带型四射珊瑚和四射珊瑚和一些床板珊瑚。一些床板珊瑚。 （2）志留纪是珊瑚第一次全球性发展和造）志留纪是珊瑚第一次全球性发展和造礁时期。礁时期。四射珊瑚中的四射珊瑚中的单带型、泡沫型单带型、泡沫型和床板珊瑚大量发和床板珊瑚大量发展，展，对地层划分和对比有一定意义。对地层划分和对比有一定意义。四射珊瑚的四射珊瑚的代表化石代表化石牙形石牙形石古生代十分重要的标准化石。分类位置至今未定。分布甚广，古生代十分重要的标准化石。分类位置至今未定。分布
11、甚广，仅限于海相沉积物，始于寒武纪，止于三叠纪仅限于海相沉积物，始于寒武纪，止于三叠纪 （1）寒武奥陶纪初以）寒武奥陶纪初以单锥型单锥型为主。为主。 （2）奥陶纪是牙形石第一次大发展时期，）奥陶纪是牙形石第一次大发展时期，平台型和复合型平台型和复合型牙牙形石较普遍；形石较普遍； （3）志留纪牙形石比较单调。）志留纪牙形石比较单调。早古生代化石代表早古生代化石代表1-Anabarites trisulcatus（三槽阿纳巴管，1）；2-Distacotus（单锥牙形石，O1）；3-Orthis（正形贝，O1-2）；4-Pseudagnostus（假球接子，3）；5-Damesella（德氏虫，2
12、）；6-Didymograptus murchisoni（莫氏对笔石，O1）；7-Stneptograptus Nodifer（瘤状卷笔石，S1）；8-Armenoceras（阿门角石，O1）；9-Cystiphyllum Siluriens（志留泡沫珊瑚，S） （二）生物相和生物分区：（二）生物相和生物分区：生物相是指一些较大的生物组合或生物群的区域面貌。不同的生物相反映不同的自然环境条件。寒武纪早期的三叶虫就有生物相的分异。 1 浮游相：以营漂浮生活的生物组成，沉积上一般为暗色的细粒沉积。如奥陶纪的笔石页岩相。一般反映一种滞留盆地水底处于一种还原的条件，或者较深水盆地水底也处于一种稳静还原
13、的状态。 2 底栖相（壳相）：以营底栖生活的生物为主。一般反映一种正常的含氧量充足生物繁盛的浅海环境。如奥陶纪的壳灰岩相。 3 混合相：由浮游生物和底栖生物共生，它反映的环境条件一般与壳相的相同，但在不同的生物相之间的对比中可起到连接纽带的作用。 4 礁相：是一种特殊的底栖生物相，大量的造礁生物形成生物骨架，和填隙生物包覆生物一起形成礁体。如志留纪的珊瑚礁。一般反映一种温暖清澈的正常浅海,深度在透光带之上 早古生代的各种生物基本上都有生物分区现象，生物分区是由于长期的地理隔离（segregate），使得不同区域的生物之间的基因交流受到阻碍，各自向不同的方向发展演化，最终导致生物内容的重大差异而
14、形成生物分区现象。如寒武纪的三叶虫可形成三个地理区系： 亚澳生物大区（东方动物群）：以莱德利基虫（Redlichia）为代表。包括东亚、南亚、东南亚、西亚南部、大洋洲和南极洲。 北美大西洋大区（西方动物群）：以油栉虫（Olenellus）为代表。包括西欧、北欧、北美和南美。 西伯利亚生物大区（中间动物群）：含有上述两个生物区的代表分子，是一个混生过渡区。包括西伯利亚、中亚和地中海沿岸的北非南欧。第二节第二节 中国的下古生界中国的下古生界 早古生代中国古地理格局早古生代中国古地理格局：华北板块主体自晚元古代隆升，到早寒武世晚期又开始下降接受沉积，但中奥陶世后又重新隆起。在其南北边缘为长条状的活动
15、带。 华南区由扬子板块和华夏板块组成，之间为华南裂谷盆地，发育多岛海。中国的西部自北向南为塔里木地块、柴达木地块、羌塘地块、冈底斯地块、喜马拉雅地块，之间均为活动海槽分割。当时喜马拉雅地块与冈瓦纳大陆相连分布在南半球，与中国大陆之间为广阔的古地中海相隔。一、华南地区的早古生代古地理特征一、华南地区的早古生代古地理特征 1、扬子板块的下古生界、扬子板块的下古生界： 本区包括横断山脉龙门山以东，秦岭大别山以南，雪峰山九岭山以西的整个长江流域，本区的下古生界发育齐全，可以宜昌峡区剖面为典型，列述如下：宜昌三峡剖面宜昌黄花场剖面宜昌剖面 上述剖面基本能代表扬子地台下古生界的特征，但在滇东一带含有寒武纪
16、最底部的沉积梅树村组，并是重要的含磷层位，但此区中寒武世以后就上升，缺失以后的沉积，到中志留世又下降，沉积有中志留统和上志留统，以碎屑岩为主，代表一种浅海环境。二者对比发现：沉降中心的转移滇东昆明剖面滇东曲靖剖面滇东寒武系滇东寒武系柱状剖面图柱状剖面图1-Analarites trisuicatus(三槽阿纳巴螺三槽阿纳巴螺)；2-Lupworthella bella（贝尔（贝尔拉普沃斯螺）；拉普沃斯螺）；3-Yangtzespira exima（珍贵扬子螺）；（珍贵扬子螺）；4-Turcutheca（椭口螺）；（椭口螺）；5-Circotheca（圆管螺）（圆管螺） 湖北宜昌湖北宜昌奥陶系奥
17、陶系柱状剖面图柱状剖面图 川南黔北川南黔北志留系志留系柱状剖面图柱状剖面图 2、扬子板块大陆东南边缘及华南裂谷盆地的早扬子板块大陆东南边缘及华南裂谷盆地的早古生代古地理特征古生代古地理特征扬子板块东南大陆边缘包括桂西北、湘中、赣北、浙北及苏南等地。为一狭长的，北东向展布的非补偿海盆。华南裂谷盆地位于绍兴江山萍乡南宁一线以南的地区，主要发育泥砂质浊积岩。此区在早古生代发生多次构造运动，在早古生代末形成加里东褶皱带，称为广广西运动西运动。二、华北板块早古生代的地层序列和古地理二、华北板块早古生代的地层序列和古地理 1 华北地台的下古生界 华北地台的范围大体包括秦岭大别山北坡江苏响水一线以北；图们开
18、源赤峰商都巴丹吉林一线以南；巴丹吉林六盘山宝鸡一线以东的广大地区。区内仅发育下寒武统中上部中奥陶统，可以河北开平及山东张夏剖面为代表，现列述如下：山东张夏剖面河北唐山剖面唐山地区唐山地区寒武、寒武、奥陶系奥陶系柱状剖面图柱状剖面图 上述剖面基本反映了华北地台早古生代的特点，但在淮南、豫西、陕西陇县一带有此区下寒武统最底部的沉积称猴家山组或辛集组，是一套含磷的沉积。在河北的峰峰、太行山南段、吕梁山及中条山一带有峰峰组灰岩，含有直角石类和牙形石化石，属中奥陶统。在鲁西及苏北一带出露的阁庄组和八陡组以灰岩为主，时代也为中奥陶统。在陕西的陇县、礼泉一带有中奥陶统到上奥陶统的出露，称为平凉组和背锅山组，
19、其中上统的背锅山组是一套反映温暖清澈的正常浅海的礁相沉积。在陇县的背锅山，礁体高度可达近百米，礁核、礁翼、礁顶相分异明显，代表地台西南缘邻近秦岭洋的滨浅海。2、华北板块大陆边缘的下古生界 华北板块南部早古生代是主动大陆边缘，展布于商丹缝合线以北，沿陕西商南丹凤一带发育有寒武纪蛇绿岩套及丹凤群的岛弧火山岩，河南西峡南召一带发育二郎坪群的弧后火山岩。向西到甘肃的天水一带也发育有类似的含火山岩地层李子园群，其时代为寒武纪早志留世，证明当时秦岭洋向北俯冲，在华北板块南缘形成了活动的大陆边缘。 板块的北缘寒武纪还处于稳定大陆边缘状态，并逐渐向活动型过渡，沿西拉木仑河一带见有早古生代的蛇绿岩套，代表古亚洲
20、洋向南的俯冲削减带。 板块的西缘与柴达木古陆之间为古祁连洋，中寒武世起祁连山南北坡都张裂成裂陷海槽，北祁连海槽中发育有较深海含放射虫硅质岩，中基性火山岩及砂泥质复理石沉积，志留纪发生祁连运动形成我国最典型的祁连加里东褶皱带。三、中国其他地区的下古生界 1、塔里木板块及大陆边缘：地台上为稳定类型的沉积，在其板块的边缘为活动类型的沉积，其北缘与华北地块相似。 2、喜马拉雅地区：为地台型沉积，浅海相粘土岩及碳酸盐，属冈瓦纳大陆的部分。 3、秦岭区：北秦岭属于华北板块的南部边缘，属活动类型的沉积，早古生代末发生构造运动，使得中秦岭微板块并入华北板块。南秦岭虽有所萎缩但没有闭合。 4、祁连区：北祁连属于
21、华北板块的西部边缘，南祁连属于柴达木古陆东部边缘，中祁连是当时祁连洋中的一个微板块，早古生代末发生重要的构造运动祁连运动，使得南北祁连海槽闭合形成加里东褶皱带。中国下古生界地层对比表中国下古生界地层对比表华南寒武系柱状剖面对比图华南寒武系柱状剖面对比图 华南奥陶系柱状剖面对比图华南奥陶系柱状剖面对比图 华南志留系柱状剖面对比图华南志留系柱状剖面对比图 第三节 早古生代的古构造 早古生代期间，地球上存在冈瓦纳、北美、俄罗斯、西伯利亚、哈萨克斯坦、华北和华南等古大陆板块。冈瓦纳大陆为较大的板块，北美、俄罗斯、西伯利亚及哈萨克斯坦板块关系较近，但各自独立发展，彼此间有古大洋相隔，俄罗斯与北美间为古大
22、西洋，俄罗斯与哈萨克斯坦西伯利亚之间为古乌拉尔洋，西伯利亚与华北板块之间为古亚洲洋。中国主要的一些板块、微板块正处于上述两大板块群之间，一般称为泛中国陆块群或泛华夏陆块群。包括华北、扬子、华夏、塔里木等几个分离的板块以及处于大洋中的微板块（柴达木、羌塘、秦岭、松辽等微地块或叫作中间地块）世界大地构造分区略图寒武纪世界古地理略图寒武纪世界古地理略图1-1-大陆块体内部古陆剥蚀区；大陆块体内部古陆剥蚀区；2-2-陆表、陆缘浅海区；陆表、陆缘浅海区；3-3-陆缘浅海、陆缘浅海、半深海、岛弧海区；半深海、岛弧海区；4-4-生物礁；生物礁；5-5-蒸发岩；蒸发岩；6-6-火山岩；火山岩；7-7-冰川沉积
23、冰川沉积Ch-Ch-古中国大陆；古中国大陆；SiSi- -古西伯利亚大陆；古西伯利亚大陆；EuEu- -古欧洲大陆；古欧洲大陆；Na-Na-古北美大陆古北美大陆 志留纪世界古地理略图志留纪世界古地理略图1-1-大陆块体内部古陆剥蚀区；大陆块体内部古陆剥蚀区；2-2-陆表、陆缘浅海区；陆表、陆缘浅海区；3-3-陆缘浅海、陆缘浅海、半深海、岛弧海区；半深海、岛弧海区；4-4-生物礁；生物礁；5-5-蒸发岩；蒸发岩；6-6-火山岩；火山岩；7-7-冰川沉积冰川沉积Ch-Ch-古中国大陆；古中国大陆；SiSi- -古西伯利亚大陆；古西伯利亚大陆；EuEu- -古欧洲大陆；古欧洲大陆；Na-Na-古北美
24、大陆古北美大陆 早古生代时期，华夏陆块群各板块和微板块主要分布在赤道南半球中低纬度地区，各陆块之间的排列、方向不同，并为规模不同的洋盆或裂谷盆地所分隔。早古生代后期受加里东运动的影响，柴达木微板块、秦岭微板块与华北板块拼合使之范围扩大，华夏板块和扬子板块对接碰撞形成更大规模的华南板块，塔里木板块一直处于南北纬低纬度地区附近。准葛尔属于哈萨克斯坦板块的一部分，而青藏高原的保山、冈底斯、拉萨等微板块为冈瓦纳板块的一部分。图图5-5 5-5 中国寒武纪古地理略图中国寒武纪古地理略图1-1-古陆；古陆；2-2-陆表、陆缘浅海区；陆表、陆缘浅海区；3-3-陆缘深水海盆；陆缘深水海盆；4-4-陆缘浅海、陆
25、缘浅海、半深海、岛弧海区；半深海、岛弧海区；5-5-陆内裂谷型盆地；陆内裂谷型盆地；6-6-火山岩；火山岩；7-7-板块接合带板块接合带 图图5-10 5-10 中国志留纪古地理略图中国志留纪古地理略图1-古陆剥蚀区；2-陆表、陆缘浅海区；3-陆缘浅海、半深海区、岛弧海区；4-陆内裂谷型浅至深水海盆或微大洋；5-火山岩；6-板块接合带 第四节第四节 早古生代的沉积矿产早古生代的沉积矿产早古生代的沉积、层控矿产比较丰富，主要有磷、石煤、铁矿、铅锌矿、多金属稀有元素、膏盐和汞等，赋矿层位主要集中于寒武系和奥陶系，而志留系相对贫乏 中国南方早古生代发育了一系列的黑色页岩，如下寒武统筇竹寺组、水井沱组
26、、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组。早寒武世早期的黑色岩系由黑色页岩，碳质页岩，碳硅质页岩、结核状磷块岩、粉砂岩、页岩等组成，厚度变化大，20950米，但层位稳定，分布在浙江、安徽、江西、湖南、广西、湖北、贵州、四川、陕南等地。这套黑色岩系中蕴藏着丰富的石煤、矾、磷、钡以及多金属富集层等矿产资源，五峰期和龙马溪期主要是一套黑色的笔石页岩相，为华南地区重要的生油层。 华南寒武系底部普遍含磷，以滇东、川中、黔西的浅海区成矿条件好，形成磷块岩大型矿床。在河北、山西等地的马家沟组中富含石膏。华北、华南地区广泛分布的奥陶系碳酸盐岩可作水泥、石灰、熔剂和建筑业的原材料等。 此外：山东及湖南等地晚寒武世含三叶虫灰岩可加工成精美的化石工业品。
